Условия насыщения сердечника трансформатора

Содержание

Насыщение ферритовых сердечников, а также сердечников из распылённого железа и трансформаторной стали. Онлайн калькуляторы — как не загнать сердечник в насыщение. Зависимость магнитной индукции от тока в обмотке и количества витков. Влияние воздушного зазора на режим работы магнитопровода.
Условия насыщения сердечника трансформатора
Насыщение сердечника
Кто сейчас на форуме

Насыщение ферритовых сердечников, а также сердечников из
распылённого железа и трансформаторной стали.
Онлайн калькуляторы — как не загнать сердечник в насыщение.
Зависимость магнитной индукции от тока в обмотке и количества витков.
Влияние воздушного зазора на режим работы магнитопровода.

Итак, мы решили поразвлечься и всерьёз сваять что-нибудь стоящее своими руками, как то: индуктивный фильтр для блока питания, дроссель для усилительного каскада, выходной трансформатор для однотактного УНЧ, или фиг его знает — чего ещё похуже.
Что объединяет этих жертв нашего волеизъявления?
Каждое из перечисленных моточных изделий содержит магнитомягкий магнитопровод, и через каждое из них протекает постоянный ток. И если к переменному току, даже значительных величин, магнитопровод относится сдержанно-положительно, то к постоянке питает явную антипатию и может резко войти в насыщение от её переизбытка.
При насыщении сердечника его относительная магнитная проницаемость резко уменьшается, что влечёт за собой пропорциональное уменьшение индуктивности изделия.

На этой странице порассуждаем о тороидальных магнитопроводах из ферритов, распылённого железа, электротехнической стали и их способности противостоять постоянному току.

Для наглядности рассмотрим график зависимости B от H , называемый петлёй гистерезиса, для распространённого, где-то даже народного, феррита марки N87 фирмы EPCOS.

Здесь:
H — напряжённость магнитного поля, а
B — магнитная индукция в сердечнике.

Зависимость приведена при температуре изделия +25 гр.С.

Интересующие нас параметры из datasheet-а производителя:

Начальная магнитная проницаемость —
µ = 2200 ,
Магнитная индукция насыщения при H=1200 А/м — Bнас = 0,490 Т .

Если внимательно присмотреться к графику, то легко заметить, что в области малых и средних индукций зависимость практически линейна и её наклон примерно равен µ . Именно на этот участок в большинстве случаев и должен приходиться диапазон рабочих индукций.
При дальнейшем повышении напря- жённости магнитного поля магнитная проницаемость начинает быстро падать, пока не наступает момент, при котором дальнейший рост магнитной индукции в сердечнике стопорится на определённой величине. В спецификациях это величина приводится, как значение магнитной индукции насыщения — Bнас , или Bs , т.е. величина, при которой значение магнитной проницаемости падает до неприлично малых значений.

Так что давайте без лишних прелюдий и телодвижений сделаем фундаментальный вывод — для нормальной работы катушки, намотанной на магнитопроводе, рабочие значения магнитной индукция в сердечнике не должны превышать величину 0,75 — 0,8 от значения справочной характеристики Bнас (Bs) .

Переходим к незамысловатым формулам!

Магнитная индукция в сердечнике равна:
B = µ×µ₀×n×I/l , где:
µ — магнитная проницаемость сердечника,
µ₀ = 4π×10 -7 (Гн/м) — физическая константа, называемая магнитной постоянной,
n — количество витков обмотки,
I — ток в обмотке,
l — средняя длина магнитного контура.

Поскольку рабочий режим магнитопровода мы выбираем в линейной области петли гестерезиса, то в качестве значения µ можно использовать паспортную характеристику начальной магнитной проницаемости сердечника.

Теперь можно рисовать калькулятор для расчёта магнитной индукции в катушке с учетом выбранного типа сердечника и конкретного количества витков обмотки.

Для удобства восприятия, помещу сюда и значение индуктивности полученного моточного изделия. Формулы для вычислений этого параметра выглядят следующим образом:
L=0,0002×µ×h×n 2 ×ln(D_внешн/D_внутр) при соблюдении условия D_внешн/D_внутр>1,75 ,
L=0,0004×µ×h×n 2 ×(D_внешн-D_внутр)/(D_внешн+D_внутр) при D_внешн/D_внутр

ТАБЛИЦА РАСЧЁТА МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ В КАТУШКЕ С ТОРОИДАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ.

Увы, но значительных токов через катушки на ферритовых кольцах, или торах из трансформаторной стали нам пропустить не удастся — нужны танцы с бубнами в виде немагнитных воздушных зазоров.
Другое дело — сердечники из распылённого железа, представляющие собой магнитопровод с немагнитными зазорами, технологически распределёнными по всему объёму магнитопровода. Их очевидный плюс — высокая индукция насыщения, минус — малые величины магнитной проницаемости.

В связи с этим, в некоторых случаях (в основном на низких частотах) предпочтительным является использование именно сердечников из ферритов (или железа) с пропилом для создания малого воздушного зазора. Данная мера позволяет в значительной мере увеличить величину допустимых токов через катушку без ввода магнитопровода в режим насыщения. Длина этого воздушного зазора позволяет регулировать как величину максимально-допустимой напряжённости магнитного поля в сердечнике, так и параметр изменившейся магнитной проницаемости, называемой эквивалентной магнитной проницаемостью сердечника с зазором — µ_эф . Значение этого параметра вычисляется по формуле:
µ_эф = µ/(1+l_з×µ/l) , где:
µ — начальная магнитная проницаемость сердечника,
l — средняя длина магнитного контура,
l_з — длина воздушного зазора (толщина пропила).

Давайте посчитаем этот параметр.

РАСЧЁТ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ СЕРДЕЧНИКА С ЗАЗОРОМ.

Таблица даёт приблизительную, но, в большинстве своём, приемлемую точность расчёта при величинах длины воздушного зазора 0,2-2 мм.

Для Ш-образных сердечников в качестве внутреннего и внешнего диаметров следует вводить справочную характеристику длины магнитного контура le .

Определив ниже магнитную проницаемость сердечника с зазором, следует ввести это значение в предыдущий калькулятор и заново произвести вычисления магнитной индукции и индуктивности катушки.

Для наглядности приведу два графика петли гистерезиса Ш-образного ферритового сердечника марки N87 без немагнитного воздушного зазора и с зазором около 1 мм. Феррит ETD 59/31/22, достаточно крупный, с средней длиной магнитного контура le = 139 мм.
Механизмы влияния зазора у Ш-образных и тороидальных сердечников абсолютно идентичны.

Эквивалентная магнитная проницаемость сердечника с зазором уменьшилась и составила величину 160 единиц. Соответственно, уменьшился и наклон петли, позволяя сердечнику работать при гораздо больших значениях напряжённости магнитного поля вдали от области магнитной индукции насыщения сердечника.
А учитывая то, что значение напряжённости H прямо пропорционально, протекающему через катушку току, можно с уверенностью сказать, что область безопасных индукций теперь соответствует более чем на порядок большим токам в обмотке.

Линейная область петли гистерезиса также заметно увеличилась, что позволяет увеличить максимальные рабочие значения магнитной индукция в сердечнике вплоть до 0,85-0,9 от значения справочной характеристики Bнас (Bs).

Источник

Условия насыщения сердечника трансформатора

Форум РадиоКот
Здесь можно немножко помяукать 🙂

Насыщение сердечника

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 2
Рейтинг сообщений: 1
Зарегистрирован: Сб сен 11, 2010 13:45:01
Сообщений: 1946
Откуда: Екатеринбург
Рейтинг сообщения: 0

_________________
Ко мне можно на «ты», так даже лучше!

JLCPCB, всего $2 за прототип печатной платы! Цвет — любой!

Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Построение источников бесперебойного питания с двойным преобразованием, широко используемых в современных хранилищах данных, на базе карбид-кремниевых MOSFETs производства Wolfspeed позволяет уменьшить мощность потерь в них до 40%, а также значительно снизить занимаемый ими объем и стоимость комплектующих.

Компэл объявляет о значительном расширении складского ассортимента продукции Connfly. Универсальные коммутирующие компоненты, соединители и держатели Connfly сочетают соответствие стандарту ISO9001:2008, высокую доступность и простоту использования. На текущий момент на складе Компэл – более 300 востребованных на рынке товарных наименований с гибкой ценовой политикой.

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 5
Рейтинг сообщений: 61
Зарегистрирован: Пт окт 23, 2009 15:32:35
Сообщений: 1929
Откуда: Челябинск
Рейтинг сообщения: 1

Поставщик валерьянки для Кота

катушка без сердечника при токах 1,2,3,4,5. создает магнитное поле величиной 1,2,3,4,5. . та же катушка с сердечником из материала с проницаемостью 1000 создает магнитное поле при тех же токах 1000,2000,3000,4000,5000,5001,5002,5003

то есть на величине магнитного поля 5000 сердечник вошел в насыщение

Друг Кота

Карма: 28
Рейтинг сообщений: 271
Зарегистрирован: Ср сен 27, 2006 16:18:57
Сообщений: 3463
Рейтинг сообщения: 0

Держит паяльник хвостом

Карма: 1
Рейтинг сообщений: 1
Зарегистрирован: Ср июл 07, 2010 06:48:57
Сообщений: 986
Рейтинг сообщения: 0

Абсолютно согласен. Вторичную обмотку можно наглухо закоротить и сердечник в насыщение не пойдет. За поток в сердечнике (а следовательно и насыщение) отвечает ток намагничивания, который протекает исключительно в первичной обмотке от источника питания.

Поставщик валерьянки для Кота

Карма: 5
Рейтинг сообщений: 61
Зарегистрирован: Пт окт 23, 2009 15:32:35
Сообщений: 1929
Откуда: Челябинск
Рейтинг сообщения: 0

за поток отвечают обе катушки, только вторичная его наоборот уменьшает, потому ток во вторичке умеьньшает индуктивность первички, через уменьшение потока.

закороченая вторичка для сферического трансформатора в вакууме вообще не даст создать никакого потока, а уж тем более насыщения, каким бы не был ток в первичке

Поставщик валерьянки для Кота

Мне так объяснили, причем здесь, ну подробнее конечно, но суть эта.

_________________
Ко мне можно на «ты», так даже лучше!

Поставщик валерьянки для Кота

это только опосредовано. вторичка забирает только долю магнитной энергии, поэтому чтобы выдать больше мощности с вторички нужно увеличивать избыточное магнитное поле, которое введет в конце концов сердечник в насыщение. только в этом смысле вторичка влияет. а так в принципе все наоборот, вот работает трансформатор на границе насыщения, убрали нагрузку со вторички, он в результате войдет в насыщение

Друг Кота

Карма: 17
Рейтинг сообщений: 165
Зарегистрирован: Пт авг 25, 2006 09:26:19
Сообщений: 5203
Откуда: Москва
Рейтинг сообщения: 0

. чтобы выдать больше мощности с вторички нужно увеличивать избыточное магнитное поле, которое введет в конце концов сердечник в насыщение. только в этом смысле вторичка влияет. а так в принципе все наоборот, вот работает трансформатор на границе насыщения, убрали нагрузку со вторички, он в результате войдет в насыщение

Может я и не понял ничего, чему меня учили, но могу сказать, что когда я обычный транс включаю на холостой ход (без нагрузки)в 220в он имеет ток холостого хода хх, добавляешь ток в нагрузке, ток потребления транса повышается плавно, практически линейно и вдруг скачкообразно увеличивается в разы. я всегда считал, что транс вошел в насыщение и исходя из этого определял мощность трансформатора. наверное был не прав.

Друг Кота

Карма: 27
Рейтинг сообщений: 33
Зарегистрирован: Пн ноя 22, 2010 00:57:15
Сообщений: 6281
Откуда: Ukraine
Рейтинг сообщения: 0

_________________
Tell Me The Truth

Друг Кота

_________________
Tell Me The Truth

Поставщик валерьянки для Кота

Друг Кота

_________________
Tell Me The Truth

Поставщик валерьянки для Кота

ну так вы и не меняете ни число витков ни силу тока, а вносите сердечник. H остается каким было а B увеличивается в 2 тыс раз.

а вот когда сердечник входит в насышение он перестает ‘усиливать’ магнитную индукцию дальше, до скольки уже усилил столько осталось, а дальнейшее уже растет очень медленно, как будто без сердечника. поэтому при постепенном росте тока рост магнитной индукции выглядит как 2000,4000,6000,6001,6002, 6003. это выглядит как резкое убывание мю.

Друг Кота

_________________ Tell Me The Truth

Страница 1 из 8

[ Сообщений: 158 ]

На страницу 1 , 2 , 3 , 4 , 5 . 8 След.

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 16

Источник